Atomen, elektronen en straling

Een atoom bestaat uit een positieve kern en een negatieve “wolk er omheen”.

In die positieve kern zitten een aantal protonen en een aantal neutronen, de protonen zijn positief geladen, en de neutronen zijn neutraal (zij houden de protonen bij elkaar want die stoten elkaar eigenlijk af). Om de kern heen vliegen elektronen. Deze zijn negatief geladen. Het aantal protonen (in de kern) is gelijk aan het aantal elektronen om de kern heen), je hebt dan een neutraal atoom. Als dit niet het geval is, dan heb je een atoom waar (positieve of negatieve) spanning op staat. De elektronen zijn kleiner dan de protonen, maar de neutronen zijn ongeveer even groot als de protonen. Het aantal protonen in de kern geeft aan welk atoom het is, dit kan veranderen op meerdere manieren. Als zo’n atoom uit elkaar valt is hij radioactief.

De elektronen draaien (snel) om de kern omdat ze door hem worden aangetrokken. Je kunt het goed vergelijken met de aarde om de zon. De elektronen willen wel wegvliegen van de kern, maar kunnen dat niet door die aantrekkingskracht, en zo komt het in balans.

Isotopen zijn dezelfde soort atomen, maar met een ander massagetal. Het massagetal is simpelweg het aantal deeltjes (protonen + neutronen) in de kern. Het aantal protonen in de kern bepaald het soort atoom, dus dat kan niet veranderen. Maar hoe krijg je dan isotopen? Doordat het aantal neutronen verschilt, dat veranderd immers niks aan het soort atoom. Dus je kan een waterstof atoom hebben met één neutron, maar je kunt ook een waterstof atoom hebben met drie neutronen, dan zijn het dus isotopen. Je kan natuurlijk niet een atoom hebben met bijvoorbeeld 17 protonen (chloor) en maar één neutron, want de neutronen moeten de protonen bij elkaar houden. Bij Chloor komen alleen de massagetallen 34,35,36,37 en 38 voor. Dat betekend dus dat er 34 – 17 = 17 tot 37-17 = 20 neutronen in de kern zitten, ook hoger dan dat komt nooit voor.

In de isotopen tabellen kun je zien welke isotopen er allemaal zijn van een atoom. Ook kan je dan van elk atoom, en zijn isotopen zien wat de halveringstijd is, en of ze radioactief zijn of niet.

Als je een atoom (en de isotopen daarvan) wilt opschrijven doe je dat op een afgesproken manier. Die manier is azX. Op de X schrijf je het atoom zoals het wordt aangegeven bijvoorbeeld: Cl of Al. a staat voor het massagetal (hoeveel protonen en neutronen er in de kern zitten). En z staat voor het atoomnummer (hoeveel protonen er in de kern zitten).

Een voorbeeld is:   136C, Dit wil dus zeggen dat het massagetal 13 is, en dat er 6 protonen in de kern zitten. Er zitten dus 13-6 = 7 neutronen in de kern. Dit is een isotoop van koolstof.

Als je dan bijvoorbeeld dit op krijgt: U-235, weet je dat het massagetal 235 is. Je zoekt U dan op in de tabel, dan zie je dat het atoomnummer 92 is dus schrijf je op: 23592U. Er zitten 235-92 = 143 neutronen in de kern.

Bij radioactiviteit is het atoom instabiel er is dus een ongelijk aantal protonen en elektronen. Het atoom gaat dan alfa, beta of gamma straling uitstralen om weer in evenwicht te komen. Bij alfa straling vliegen er alfa deeltjes uit de kern van de atoom. Zo’n alfa deeltje bestaat uit twee protonen en twee neutronen. Dat is eigenlijk gewoon de kern van een helium deeltje. Dus stel je voor, je hebt het atoom 20984Po, dit is een (alfa) radioactief atoom. Stel je voor dat dit atoom vervalt, omdat hij alfa is, gaan er dus 2 protonen en 2 neutronen uit de kern (een heliumkern (42He)). Dan verandert het massagetal met 4 (want 2+2 = 4).

Maar het atoomsoort verandert ook (met 2) want er gaan twee protonen weg. Het atoom blijft dus over met een massagetal van 209-4 = 205, en een aantal protonen van 84-2 = 82. Dit betekend dat er nu 82 protonen in de kern zitten en dat het een andere atoomsoort is, als je in de tabel kijkt zie je dat het een Pb atoom geworden is, die schrijf je nu op als 20582Pb, en het heliumdeeltje dat weggeschoten is, is nu in de vorm van radioactieve straling in de lucht.

Dit hele proces schrijf je zo schematisch:

20984Po à 42He + 20582Pb

Dat was de alfa straling, maar je hebt ook nog een beta straling. Bij een beta straling vliegen er niet 2 protonen en 2 neutronen uit de kern. Maar vliegt er 1 elektron weg. Maar niet uit de elektronenwolk om de kern. Bij een beta atoom deelt een neutron in de kern zich in een elektron, en een proton. Dan heb je dus een elektron in de kern, maar die vliegt er gelijk uit, in de vorm van beta straling. De proton blijft echter wel in de kern zitten. Het massagetal verandert dus niet, maar het aantal protonen wel, en dus heb je wéér een nieuw atoom. Beta straling is dus gewoon losse elektronen, je hebt echter wel twee soorten elektronen, een positieve en een negatieve. Ga daar maar niet te veel over denken, want daar kan ik met mijn hoofd ook niet bij. Het is in ieder geval gewoon zo. Je schrijft deze elektronen schematisch zo op:

Bij een positief elektron:              0+1e

En bij een negatief elektron                     0-1e

Die 0 staat voor het massagetal, waar dus niets mee veranderd.

En de +1 of -1 staat dus voor het aantal protonen, waar wél iets mee veranderd.

Dit is een schematisch voorbeeld van wat er gebeurt als je een beta +, isotoop van natrium (Na) hebt:

2211Na à 0+1e + 2210Ne. Er is dus een nieuw atoom (Neon) én een deeltje beta straling (het + elektron)

je vindt het misschien raar dat die 11 een 10 wordt terwijl het een + elektron is, maar dat komt omdat die elektron juist +1 proton met zich meeneemt. De -1 proton neemt er -1 met zich mee, hij laat er dus een achter.